[發明專利]競速流體式間接聯動自適應機器人手指裝置

在審

• 申請號: 201610152522.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105583846A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 吝杰;張文增;孫振國;都東;陳強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種競速流體式間接聯動自適應機器人 手指裝置的結構設計。

背景技術

人手對于人來說非常重要，與人一樣，機器人手對于擬人機器人來說同樣重要。機 器人通過手部抓取工具開展工作，或者通過手部抓取物體進行空間位移操作。機器人手作 為擬人機器人的輸出終端，被越來越多的機器人研究者所重視。在機器人學領域有兩大類 機器人手：靈巧手和欠驅動手，它們分別基于主動控制和欠驅動兩種不同的驅動方式。靈巧 手外形和動作極似人手，可以在復雜控制算法和機構的綜合作用下，靈活地完成人手所能 完成的多數動作，但是靈巧手價格昂貴，制造控制難度大，維護難度大。欠驅動手可以自適 應抓取物體，控制難度小、維護簡單、裝置穩定。

已有的一種氣動式主動驅動的擬人機器人多指手裝置(發明專利CN 101402200A)，其中每個關節采用氣動柔性驅動器實現手指的彎曲。該裝置的不足之處為： 該裝置由于采用氣力主動驅動各手指各關節的轉動，使得該手體積大、質量大、制造成本 高、控制難度大，不能自適應抓取物體，必須依賴很復雜的控制才能實現對不同尺寸形狀物 體的抓取。

已有一種氣動式欠驅動機器人手指裝置(發明專利CN101733758B)，包括第一、二 指段和欠驅動關節。欠驅動關節包括主動滑塊、關節軸、兩個氣動柔性件和簧件；主動滑塊 鑲嵌在第一指段中；關節軸套接在第一指段中，第二指段套固在關節軸上；第一氣動柔性件 設置在第一指段與主動滑塊之間；第二氣動柔性件設置在第一與第二指段之間；第一、第二 氣動柔性件通過第一指段通孔相通。

該裝置能夠在物體擠壓主動滑塊的過程中，利用物體擠壓力通過氣動方式驅動第 二指段繞關節軸轉動，但是，該裝置在物體不擠壓主動滑塊時，第二指段將回復伸直的初始 狀態。由于該手指在抓取物體時需要支承面(如桌面)、其他手指、手掌或其他手配合才能實 現手指彎曲，因此該裝置無法實施在抓取過程中反作用面撤銷的物體抓取，例如，該裝置不 能實施對放在支承面上的物體的抓取：一個物體放置在桌面上，當安裝在機械臂上的手指 靠向物體，物體會擠壓主動滑塊導致手指彎曲，但是當機械臂離開桌面時，手指的彎曲不能 保持，于是物體脫落，抓取失敗。

已有一種彎曲自鎖氣動欠驅動機器人手指裝置(發明專利CN103659825A)，該裝置 采用氣動方式實現自適應欠驅動效果；采用棘輪棘爪實現單向彎曲，防止在反作用面撤離 或振動干擾時物體松脫；采用電機解除棘爪對棘輪的約束，釋放物體。該裝置的不足之處在 于，棘輪棘爪的鎖定是一種量化的鎖定，不能做到無級鎖定，鎖定的角度有限，為了降低最 小的鎖定角度，需要制作模數很小的棘輪，棘輪的制造成本高，鎖定效果不理想。

上述兩種裝置僅實現了自適應抓取，沒有耦合抓取效果，即：當串聯兩個關節做成 雙關節的手指時，缺少耦合聯動的過程，導致抓取物體的動作擬人性不高。手指在未碰觸物 體前始終呈現伸直狀態，動作和外觀與人手有較大差別，擬人化不夠，因為耦合抓取效果在 人手的多數抓取過程中是很常見的；此外，這兩種裝置的抓取方式主要為握持方式，難實現 較好的末端捏持抓取效果；不能做到沒有物體抓取時，類似人手的握拳動作；也難以做到末 端指段捏持物體時各關節呈自然彎曲狀態。

上述三種裝置都是采用氣體作為傳動介質，存在不足：氣體容易被壓縮，動作遲滯 現象顯著，對關節的力鎖緊得不夠，手指在抓取、移動物體時可能會出現因振動干擾而導致 抓取失穩現象。

此外，抓取物體時如果機器人手指的位置不準確可能造成損害物體的現象，或者 抓取不到物體，或早或晚抓取物體都是不合適的，最好能夠在物體接觸手指的表面時能夠 觸發抓取行為，這樣獲得更好的抓取效果。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出一種競速流體式間接聯動自 適應機器人手指裝置。該裝置實現了耦合轉動和自適應轉動相結合的功能，既可以自適應 包絡握持，并具有保持抓持力的功能；該裝置可以安裝到機械臂上，配合機械臂的主動運動 實施反作用面撤離的物體抓取，也可防止在抓取過程中因為振動干擾導致失穩現象；該裝 置結構簡單，動作靈活可靠，便于串聯形成多關節手指；此外，該裝置可以實現物體接觸手 指根部表面時實施抓取行為，這樣保證了抓取物體的精確性和每次抓取同一物體的一致性 更高。

本發明采用如下技術方案：